Aluminyum ve Hidrojen Değil, Piller ve Biyoyakıtlar Yakın Geleceğin Hava Yollarına Yakıt Verecek (1. Bölüm)

Havacılık dünyası değişiyor. Akılcı analiz, kısa ve orta mesafeli uçuşların pille elektrikle sonuçlanacağını ve uzun mesafeli uçuşların yükseltilmiş biyoyakıtlarla gerçekleştirileceğini açıkça gösteriyor. Ancak bu paradigmanın evrensel bir görüş olmasını engelleyen hem zorluklar hem de derin önyargılar var.

Geçtiğimiz birkaç yıl içinde bu konuda çeşitli biçimlerde çalışmalar yaptıktan sonra, farklı yakıt yollarının ekonomik karşılaştırmaları, pil yoğunluğuna karşı maliyete karşı ağırlık eğrilerine bakarak, Paul Martin gibi insanlarla konuşmak Onlarca yıldır hidrojenle profesyonel olarak çalışan ve hidrojenle ilgili belirli zorluklara bakan havacılıkla ilgili ısınma, Artık bu dünya görüşüne alternatifler üzerinde fazla zaman harcama eğiliminde değilim. Ancak, son birkaç gün içinde üç şey biraz derin bir dalışı tetikledi.

İlki, benimle yaptığım tartışmaya bir tepkiydi. Heart Aerospace CEO'su Anders Forslund. O ve ekibi, elektrikli havacılığa yönelik çok pragmatik, aşamalı bir adım izliyor. ikincisi Wright Electric'in duyurusu 100 koltuklu elektrikli bölgesel jet sertifikasına sahip olacağını ve 2026 yılına kadar faaliyete geçeceğini bildirdi. Üçüncüsü, SıfırAvia. 19 yılına kadar sırasıyla Batı Avrupa'da ve ABD'nin Pasifik Kuzeybatısında hidrojenle çalışan 76 ve 2024 yolcu uçağı hizmete girecek.

Ama önce, kısaca havacılık yakıtı değiştirmenin zorlukları.

Atmosfer Bir Kanalizasyon ise Jet Yakıtı Mükemmeldir

Bir uçağı havaya itmek, yüzlerce veya binlerce mil orada tutmak ve emniyet rezervleriyle iniş yapmak çok fazla enerji gerektirir. Jet ve turboprop yakıtları, kerosen ve nafta-kerosen ailelerindedir. Oldukça ucuzlar, pandemi öncesi galon başına yaklaşık 2 dolar veya litre başına 0.55 dolar, ancak şu anda çoğu fosil yakıtla birlikte %10-20 arttı. Ağırlık ve hacim başına yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptirler. Bu, uçakta çok fazla ağırlık veya yer kaplamadıkları, yeterli kargo veya yolcunun maliyetleri makul ve fiyatları nispeten düşük tutmalarına izin verdiği anlamına gelir.

Ve yönetmek kolaydır. Çoğu normal sıcaklıktaki sıvılar olarak borulanması, taşınması ve pompalanması kolaydır. Yakıt depolarından motorlara kadar uçakların etrafında hareket etmek kolaydır. Atmosfere açık bir kanalizasyon gibi davranmamıza izin verildiği ve küresel ısınmayı veya hava kirliliğini umursamadığımız sürece hem verimli hem de etkilidirler.

Ucuz, hafif, etkili ve kullanışlı bir şeyi değiştirmek gerçekten çok zor.

Ticari Uçağın Sertifikalandırılması Zor ve Pahalıdır

Pek çok havacılık mühendisinin son on yılda memnun olduğu şeylerden biri, tamamen elektrikli aktarma organlarının uçaklara sağladığı tam özgürlük. Bir sürü kısıtlama kaldırıldı ve sonuç olarak, gerçekten tuhaf görünen birçok uçak gövdesi ortaya çıkıyor. Joby's gibi tilt-rotor sistemleri, Ehang gibi büyütülmüş dörtlü, altıgen ve oktakopterler ve Lilium gibi eğimli kanatlı 36-turbofan tasarımları medyanın çok ilgisini çekiyor ve YouTube'da görüntüleniyor. Dyson hayranlarıyla aynı prensipleri tahrik için kullanan bir tane bile var, bu beni biraz kafamı sarmak için aldı.

Ancak bunların hiçbiri makul bir süre içinde uzaktan sertifikalandırılamaz.

Heart Aerospace'in stratejisi, sertifikası kolay, bataklık standardı, yüksek kanatlı, 19 yolculu bir uçak inşa etmektir. 19 yolcu çok önemli çünkü 20 kişilik bir uçak için yasal onay 800 kişilik bir uçakla aynı. Yüksek kanatlı, asılı aerodinamik ayakkabı kutusu tasarımı sadece küçük bir Dash-7'dir ve standart aviyonik ve diğer bileşenleri kullanacak. Tüm yenilikler, başka yerlerde tam olarak sıfır yenilikle birlikte, nacelles'te. Bu, özellikle piller ve elektrik motorları için geliştirilmiş bir uçak gövdesinin avantajlarını, sertifikasyona nispeten kolay bir yoldan sağlar.

Wright ve ZeroAvia, Harbour Air'in halihazırda bir adım attığı, sertifikalı bir çerçeveye sahip eski bir uçak satın almak ve yeni elektrik motorlarını, yakıt tanklarını, enerji santrallerini ve benzerlerini buna bağlamak olan alternatif rotayı izliyorlar. Bu, Tesla'nın orijinal Roadster ile yaptığı seçime çok benziyor, ancak potansiyel olarak Roadster'ın ortaya çıktığından çok daha az acı verici. Bu onlara uçuş emniyet kaydı, bakım kaydı ve benzerleri ile önceden onaylanmış bir uçak gövdesi ve değiştirilen bir güç depolama, dağıtım ve motor sistemi ile sınırlı yenilik bırakır. Her ikisinin de gelecekte bir noktada net-yeni uçak gövdeleri inşa etme niyeti var, ancak her ikisi de daha çok aktarma organları ile ilgileniyor.

Wright, 2026 yılına kadar dört motorun tamamı elektrikli motorlarla değiştirilene kadar her seferinde bir motoru değiştirerek bunu daha da artırmayı planlıyor. Bunun artıları ve eksileri elbette var. Eski arabaları elektrikli hale getirmek ve hatta benzin depoları ve motorun olduğu yerde pilli ve motorlu yeni elektrikli arabalar üretmek önemli tavizlere yol açması gibi, yukarıda bahsedilen ucuz, hafif, etkili ve kullanışlı yakıtlar için optimize edilmiş uçaklara yeni güç sistemleri yerleştirmeye çalışmak da öyle. bugün kullanıldı.

Hidrojen Geliri Azaltır ve Maliyetleri Çok Artırır

ZeroAvia örneğinde, hidrojen yakıt tanklarını ve yakıt hücrelerini sıkıştırmak için 90 yolculu bir Dash 8-400 alıyor, koltukların 14'ünü, ödeme yapan yolcuların yaklaşık %16'sını ve muhtemelen bagaj alanının bir kısmını söküyor. . Wright'ın beyaz kağıdı yakıt seçenekleriyle ilgili olarak, bir yakıt olarak hidrojen hakkında aynı noktaya değiniyor ve yolcu koltuklarının %20'sinden kurtulmak zorunda kalacaklarını belirtiyor. Demek hidrojenle ilgili problem bir. Temelde karşılaştırılabilir bir uçak gövdesi için her uçuşta %16-20 gelir elde edersiniz. Bu bir sorun.

Ve hidrojen de çok daha pahalıdır. Wright'ın yakıt seçimleriyle ilgili teknik incelemesi, hidrojeni haklı çıkarmak için gerçekten ilginç seçimler yapıyor. Şirket, McKinsey tarafından hazırlanan 2040 fiyat projeksiyonunu kullanıyor. hidrojen havacılık konsorsiyumu Bu, havalimanlarında sıvılaştırılmış, soğutulmuş hidrojenin teslim edildiğini iddia ediyor - büyük bir hidrojen ekonomisi ve tüm kara araçlarının hidrojenle çalıştığı varsayılarak - kilogram başına 2.60 ila 3.50 dolar arasında olacak. 2040 dolar olarak, ya da 1.6 dolar olarak yaklaşık 2.20 ila 2021 dolar.

H1.6 kg başına 2.20 ila 2 ABD Doları. Perakende. Teslim edilmiş. Soğutulmuş. Bunun, kanatları geliştiren ve çiftçiler için kişisel uçak haline gelen domuzlar kadar olası olduğunu söylemek, domuzların şansına gereksiz yere sert olmak olur.

Hidrojen için Lazard LCOE'nin açıkça belirttiği gibi, üretim maliyetlerinin 90 doların altına inmek için hem inanılmaz ucuz elektrolizörlere ihtiyacınız var - şu anda inşa ettiğimiz her şeyden daha ucuz - 24/7/365 kapasitenin %20'ında çalışan MWh elektrik başına 3 dolar. Bu toptan maliyet değil, üretim maliyeti. Bu perakende maliyeti değil. Buna depolama, dağıtım ve soğutma maliyetleri dahil değildir.

Günümüzde, otomobillere ve kamyonlara güç sağlamak için yeterli hacimlerde teslim edilen, karbon tutması olmayan fosil yakıtlardan elde edilen siyah, kahverengi ve gri hidrojen, ABD'de KG perakende satış başına yaklaşık 15 ABD Doları ve Avrupa'da 8-10 ABD Doları tutarındadır. hidrojen vadileri. Soğutma olmadan, sadece basınçlandırma.

Wright, ZeroAvia ve diğerleri, 2040'taki perakende hidrojen maliyetlerinin bugünün yaklaşık %10-15'i olacağı üzerine bahse giriyorlar. Bir kez daha, uçan domuzlar daha olasıdır.

Karbon nötr hidrojen, günümüzün perakende, toplu hidrojeninden daha pahalı olacak. Doğal gaz buharı dönüştürme tesislerinde hem karbon yakalama hem de ayırma ve elektrikle elektroliz, CO2'yi doğal gaz işlemeden atmaktan daha pahalı olacaktır. Bu ekonomik dairenin karesini almanın bir yolu yok. Daha gerçekçi olan, gelecekteki bir hidrojen yakıt ekonomisi gerçekleşirse, soğutulmuş ve teslim edilen hidrojenin 8 dolarında 10-2021 dolar civarında olacağını varsaymaktır.

Jet A yakıtının enerji yoğunluğu 42.8 MJ/kg'dır. Hidrojen, kütlece 120 MJ/kg'lık bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu, aynı mesafeyi gitmek için hidrojen kütlesinin üçte birine ihtiyacınız olduğu anlamına gelir. Bir kilogram Jet A yakıtı yaklaşık 1.2 litredir, bu nedenle bugünkü fiyatlarla yaklaşık 0.72 ABD dolarına mal olur. Kg başına 8 dolarda ve daha yüksek enerji yoğunluğunda, hidrojen aynı miktarda enerji için yaklaşık 2.70 dolara veya yaklaşık dört kat daha fazlaya mal olacak.

Havacılık yakıtı, son fiyat artışından önce bir havayolunun giderlerinin yaklaşık %19'uydu. Düşük karbonlu hidrojen, genel giderleri %60'a yakın bir oranda artıracak ve toplam havayolu giderlerinin %50'si yakıt için olacaktır.

Böylece, gelirde %20 azalma ve %60 daha yüksek işletme maliyetleri. Bu, yolcu veya kargo mili başına maliyeti iki katına çıkarır. Hidrojen tek seçenek olsaydı, bu potansiyel olarak mümkün olurdu. Piyasa sihrini yaptığı için çok daha az uçardık, ama tamam. Ve bu son durum. Aslında önümüzdeki on yılda Avrupa ve Kuzey Amerika'da uçaklar için sağlanan düşük karbonlu hidrojen %20-50 daha pahalı, bu nedenle alt uç stabilize olmadan önce ortaya çıkacak çok fazla ek yakıt maliyeti var.

Bununla birlikte, hidrojen yakıtlı bir uçak, olası tüm yönlendirme havaalanlarında da hidrojen yakıtı altyapısına sahip olmalıdır, aksi takdirde, başlangıç ​​veya başlangıç ​​dışında bir yere ilk indiğinde, sıvılaştırılmış hidrojen kütleleri her yere teslim edilene kadar orada sıkışıp kalır. büyük masraflıdır. Evet, hidrojeni olası her yönlendirme havaalanında kullanılabilir hale getirmenin tüm altyapı ve tedarik zinciri maliyetlerini eklemeden önce maliyeti ikiye katlayın.

Wright, bu sorunun yarısının, yani gelirlerdeki %20'lik azalmanın farkındadır, ancak yakıt maliyeti tahminlerini en ince dokuya dayandırır. O zaman bile, sayıları sevmiyor.

---

Ve bu, havacılıkta yakıt ikmali ile ilgili bu dizinin ilk bölümü. Sorunlar inatçı değil, ancak değişimin hızını önemli ölçüde yavaşlatıyorlar. Ve hidrojen çok pahalı bir alternatiftir, bu nedenle daha az pahalı ve eşit veya daha iyi özelliklere sahip diğer seçenekler hakim olacaktır. 2. bölümde, Wright'ın alüminyum hava pilleri hakkındaki gerçekten tuhaf fikri - bazı meraklılar ve bir grup akademisyen tarafından paylaşılan bir şey - ele alındı. 3. bölümde, biyoyakıtlar ve özet.

 

CleanTechnica'nın özgünlüğünü takdir etmek ister misiniz? Bir CleanTechnica Üyesi, Destekleyen, Teknisyen veya Büyükelçi - veya bir patron Patreon.

 

 

---

reklâm

 

---

---

Kaynak: https://cleantechnica.com/2021/11/08/bateries-biofuels-not-aluminum-hydrogen-will-fuel-the-airlines-of-the-near-future-part-1/